Física CONCEPTUAL
45. Si la a t m ó s f e r a s u p e r i o r p e r m i t i e r a e s c a p a r m á s radiación terrestre q u e hoy, e s c a p a r í a m á s e n e r g í a y el
clima de la Tierra sería m á s frío.
47. Apaga el calefactor y a h o r r a c o m b u s t i b l e . C u a n d o
h a c e frío afuera, tu c a s a pierde calor e n f o r m a c o n s tante. La c a n t i d a d q u e p i e r d a d e p e n d e del aislam i e n t o y de la diferencia e n t r e las t e m p e r a t u r a s interior y exterior (ley del e n f r i a m i e n t o de N ewton). Si
se m a n t i e n e AT alto se c o n s u m e m á s c o m b u s t i b l e .
Para c o n s u m i r m e n o s , m a n t e n la AT baja y a p a g a tu
calefactor. ¿Se n e c e s i t a r á m á s c o m b u s t i b l e p a r a volver a calentar la c a s a c u a n d o regreses, q u e el q u e se
h u b i e r a n e c e s i t a d o p a r a m a n t e n e r l a caliente m i e n tras estuviste fuera? Para n a d a . C u a n d o llegues, estás r e e m p l a z a n d o el calor p e r d i d o por la c a s a a u n a
t e m p e r a t u r a p r o m e d i o m e n o r q u e el ajuste n o r m a l ,
p e r o si h u b i e r a s dejado e n c e n d i d o el calefactor, habría s u m i n i s t r a d o m á s calor, lo b a s t a n t e p a r a c o m p e n s a r el calor q u e pierde la casa e n su ajuste de
t e m p e r a t u r a n o r m a l . (Quizá tu profesor lo d e m u e s tre c o n la analogía d e las c u b e t a s de a g u a c o n
fugas.)
49. C o m o el aire caliente sube, h a y m a y o r t e m p e r a t u r a
en el t e c h o q u e e n las p a r e d e s . Con u n a m a y o r diferencia e n t r e las t e m p e r a t u r a s e n el interior y e n el
exterior, se necesita a i s l a m i e n t o m á s g r u e s o p a r a
a m i n o r a r la transferencia de calor.
Soluciones a los p r o b l e m a s del capítulo 16
1. (a) La cantidad de calor absorbido por el a g u a es Q =
cmAT = (1.0 cal/g °C)(50.0 g)(50 °C - 22 °C) =
1400 cal. A 4 0 % de eficiencia sólo el 0.4 de la e n e r gía del c a c a h u a t e h a c e a u m e n t a r la t e m p e r a t u r a del
agua, p o r lo q u e el c o n t e n i d o d e calorías del cacah u a t e es 1400/0.4 = 3500 cal. (b) El valor calorífico
del c a c a h u a t e es 3 5 0 0 cal/0.6 g = 5.8 kilocalorías
por gramo.
3. El trabajo q u e efectúa el martillo s o b r e el clavo es
F x d, y el c a m b i o d e t e m p e r a t u r a del clavo se p u e de calcular u s a n d o Q = cm AT. P r i m e r o se p a s a todo
a u n i d a d e s m á s c ó m o d a s p a r a los cálculos: 5 gram o s = 0.005 kg; 6 c m = 0.06 m. E n t o n c e s F x d =
5 0 0 N x 0.06 m = 30 J, y 30 J = (0.005 kg)(450 J/kg
°Q(AT), de d o n d e se p u e d e despejar AT = 30/(0.005
x 450) = 13.3 °C. O b s e r v a r á s u n efecto p a r e c i d o
al sacar u n clavo de u n trozo de m a d e r a . El clavo
q u e sacas estará a p r e c i a b l e m e n t e m á s caliente.
5. De a c u e r d o c o n la ley de Newton del e n f r i a m i e n t o ,
su rapidez de e n f r i a m i e n t o es p r o p o r c i o n a l a la diferencia de t e m p e r a t u r a s , así q u e c u a n d o la diferencia
de t e m p e r a t u r a s es la mitad, la rapidez de enfriam i e n t o será la mitad. D e s p u é s de otras o c h o horas,
el café bajará 12.5 grados, la mitad q u e en las prim e r a s o c h o horas, y se enfriará de 50 °C a 37.5 °C.
La ley de Newton del e n f r i a m i e n t o describe u n
c o m p o r t a m i e n t o e x p o n e n c i a l , e n el q u e el c a m b i o
fraccionario es igual c o n iguales i n c r e m e n t o s del
tiempo.
Capítulo 17 C a m b i o d e fase
Respuestas
a los
ejercicios
1. C u a n d o se p o n e al v i e n t o u n d e d o m o j a d o , la evaporación es m a y o r del lado del viento, q u e se siente
frío. El lado frío de tu d e d o es el de barlovento.
3. C u a n d o s o p l a s e n la superficie de u n plato de s o p a
caliente, a u m e n t a s la e v a p o r a c i ó n n e t a y su efecto de
e n f r i a m i e n t o , al quitar el v a p o r caliente q u e t i e n d e a
c o n d e n s a r s e y a reducir la e v a p o r a c i ó n neta.
5. Desde n u e s t r o p u n t o de vista m a c r o s c ó p i c o , p a r e c e
que nada sucede en u n vaso de agua tapado, pero
e n el nivel a t ó m i c o h a y u n m o v i m i e n t o caótico, porq u e las m o l é c u l a s e s t á n r e b o t a n d o en forma contin u a . Las m o l é c u l a s salen de la superficie del a g u a y
e n t r a n al aire de arriba, m i e n t r a s q u e las m o l é c u l a s
de v a p o r q u e h a y e n el aire salen del m i s m o y se sum e r g e n e n el líquido. La e v a p o r a c i ó n y la c o n d e n sación s u c e d e n e n f o r m a c o n t i n u a , a u n c u a n d o la
e v a p o r a c i ó n n e t a o la c o n d e n s a c i ó n n e t a sea cero.
En este caso se h a c e la distinción e n t r e los p r o c e s o s
y el efecto n e t o de los p r o c e s o s .
7. En este caso h i p o t é t i c o la e v a p o r a c i ó n n o enfriaría
al líquido q u e q u e d a r a , p o r q u e la energía de las m o léculas q u e s a l e n n o sería distinta d e la d e las q u e
q u e d a n . A u n q u e la e n e r g í a i n t e r n a del líquido dism i n u i r í a c o n la e v a p o r a c i ó n , n o c a m b i a r í a la energía p o r m o l é c u l a . No s u c e d e r í a c a m b i o a l g u n o de
t e m p e r a t u r a del líquido. (Por otra parte, el aire q u e
lo r o d e a se enfriaría e n este c a s o hipotético. Las
m o l é c u l a s q u e se alejaran de la superficie del líquido serían d e s a c e l e r a d a s p o r la fuerza de atracción
del líquido q u e a c t u a r í a s o b r e ellas.)
9. Si el p e r f u m e n o se e v a p o r a n o p r o d u c e olores.
El olor de u n a s u s t a n c i a es la p r u e b a de q u e se
evapora.
11. U n a botella e n v u e l t a e n tela m o j a d a se enfriará por
la e v a p o r a c i ó n del líquido de la tela. Al avanzar la
e v a p o r a c i ó n , la t e m p e r a t u r a p r o m e d i o del líquido
q u e q u e d a e n la tela p u e d e bajar c o n facilidad a
t e m p e r a t u r a m e n o r q u e la del a g u a fría q u e lo e m - .
p a p a , e n p r i m e r lugar. Entonces, p a r a enfriar u n a
botella de cerveza, b e b i d a o lo q u e sea e n u n día de
c a m p o , moja u n trozo d e tela e n u n a c u b e t a de a g u a
fría. Envuelve la botella q u e vas a enfriar c o n la tela
mojada. Al avanzar la e v a p o r a c i ó n , baja la t e m p e r a t u r a del a g u a e n la tela y enfría la botella a u n a t e m p e r a t u r a m e n o r q u e la de la c u b e t a d e agua.
13 . Se r e d u c e la visibilidad de las v e n t a n a s si h a y cond e n s a c i ó n del a g u a e n t r e las l á m i n a s de vidrio.
En c o n s e c u e n c i a , el gas e n t r e e s a s l á m i n a s n o d e b e
c o n t e n e r v a p o r de agua.
15. Aparte de lo q u e significan las m o l é c u l a s del b e s o y
el e s t a c i o n a r s e e n u n a n o c h e fría, el aire caliente gen e r a d o e n el interior del v e h í c u l o llega al vidrio frío
y u n a d i s m i n u c i ó n de la rapidez m o l e c u l a r da c o m o
resultado la c o n d e n s a c i ó n de a g u a en el interior de
las ventanillas.
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